基于“互聯網+”的混合教學模式在環境生物學實驗教學中的應用

萬田英 張捷 陳秀華 張麗梅

摘要 指出了傳統環境生物學實驗教學的缺點，提出了解決這些問題的4種教學模式（“互聯網+”、虛擬仿真實驗教學、問題導向式教學、E-Learing）。依托農業資源與環境湖北省重點實驗教學中心，介紹了這4種教學模式在環境生物學實驗教學中的應用，包括引入實驗項目的設計、實驗方案的探索、實驗課程的考核、問卷反饋等。這些措施優化了課程內容，拓寬了教學范圍，激發了學生的學習興趣，提高了實驗教學效果。

關鍵詞 環境生物學；互聯網+；虛擬仿真；PBL；E-Learing

中圖分類號 S-01文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2018）31-0230-02

Abstract The paper pointed out the disadvantages of traditional environmental biology experimental teaching and proposed 4 kinds of teaching models for solving these problems：“Internet plus”， virtual simulation experimental teaching， PBL and ELearning. Relying on Key Experimental Teaching Center of Agricultural Resources and Environment in Hubei Province， this paper introduced the application of these four teaching models in environmental biology experiment teaching， including the introduction of experiment items design， experimental scheme exploration， experimental curriculum examination， questionnaire feedback， etc. These measures optimized the course content， broadened the teaching scope， stimulated the students learning interest and improved the effect of experimental teaching.

Key words Environmental biology；Internet plus； Virtual simulation； PBL；ELearning

環境生物學是環境類專業的一門基礎課程，其理論和研究方法對后續課程的學習、學科深層次研究等方面有著十分重要的作用[1]。該課程知識面廣、實踐性強，需要學生有扎實的知識基礎。同時，隨著環境科學的快速發展，環境生物學及與之相配套的實驗課程在理論知識、研究方法、技術手段等方面不斷更新。筆者結合我國大陸高校環境生物學實驗課程目前存在的問題，分析了解決這些問題的4種教學模式，根據華中農業大學環境生物學實驗課程在此次教改中采取的措施與效果，探討了實驗課程的改革與途徑。

1 目前環境生物學實驗教學中存在的問題

比較英國、美國及我國港臺地區主要高校環境生物學實驗課程建設現狀，發現我國大陸高校該實驗課程建設存在以下問題。

1.1 分散式實驗教學

傳統的環境生物學實驗是環境生物學理論課程的部分內容，根據理論課程的教學進度安排，將相應的實驗內容安排在理論教學后。這種模式可以將理論教學和實驗教學緊密結合，但由于實驗課時分散，單個實驗項目學時有限且各實驗項目的內容相對獨立，難以在實驗教學過程中進行綜合性實驗技能訓練，不利于學生對實驗連續性及系統性掌握與應用，從而降低了學生對綜合實踐能力的培養力度[2]。

1.2 實驗課程內容更新慢

對比很多高校環境生物學實驗課程的實驗項目設置，發現許多實驗項目都采用十幾年前確立并一直沿用至今的方案，這與實際存在的環境問題嚴重脫節，學生不能將所學實驗內容與當前實際環境或面臨的環境問題有機結合，導致實驗效果較差。

1.3 實驗課程內容不全面

由于課時、實驗室硬件設施等條件所限，導致環境生物學實驗課程內容覆蓋不全面，尤其是環境污染物的分析通常需要使用大型儀器（如原子吸收光譜儀、電感耦合等離子體質譜儀、氣相色譜儀、液相色譜儀等），而大型儀器數量往往只有1～2臺，容易出現因大型儀器數量少、學生數量多而導致的教學效果不好、學生積極性不高的問題。

2 解決這些問題的4種教學模式

2.1 “互聯網+” 2015年，李克強總理在第十二屆全國人民代表大會第三次會議上提出了“互聯網+”行動計劃，而該計劃的一個重要組成部分就是將“互聯網+”與傳統教育相結合，更新原有的教育觀念及教學環境，提高教學效率與教學質量[3]。將“互聯網+”尤其是移動互聯網應用于實驗教學可為學生的自主學習提供豐富的信息資源，使學生探討有關實驗問題變得方便快捷。

2.2 虛擬仿真實驗教學

教育部計劃于2017—2020年在普通高校開展1 000個示范性虛擬仿真實驗教學項目的建設工作。虛擬仿真實驗教學是基于網絡環境下的實驗教學系統，為學生搭建類似于實際實驗的虛擬環境[4]。對由于部分因課時、經費或實驗室硬件條件等因素所限不能在教學實驗室開展的實驗項目，可采用虛擬實驗教學作為有效補充。在節省資源的同時，學生可以選擇實驗項目，提高學生的學習主動性。對大型儀器而言，當實驗內容確定后，可以通過調用不同的儀器操作單元，組成不同的實驗，而不必增加造價昂貴的大型實驗設備。

2.3 問題導向式教學（problembased learning，PBL） 問題導向式教學（PBL）作為以問題為基礎的教學模式，將學習設置于相應的問題情境中。這種模式首先由教師或學生提出問題，針對問題，學生分小組進行下一步工作，包括資料查找、討論并提出實驗方案、教師修改、實驗操作，最終解決實驗問題[5]。這種模式有助于增強學生對課程知識和當前熱點問題的理解，激發學生的學習熱情，提高教學質量并鍛煉實驗技能。

2.4 E-Learing

美國教育部于2000年闡述了E-Learing的意義，包含嵌入性（Embed-Learing）、探索性（Exploration-Learing）、投入性（Engaged-Learing）、體驗性（Experience-Learing）、趣味性（Excitement-Learing）、有效性（Effective-Learing）和提升性（Empowerment-Learing）的學習[6]。E-Learing通過現代信息技術的學習與教學，實現一種全新的溝通機制和學習方式，從而改變傳統教學中教師的作用、師生之間的關系及教學結構。

3 對策與措施

華中農業大學環境生物學實驗課程開設所在實驗室為農業資源與環境湖北省重點實驗教學中心。環境生物學實驗作為一門獨立課程，在學校2016年教學改革中，將“互聯網+”、虛擬仿真實驗教學與PBL、E-Learing相結合的混合教學模式應用于環境生物學實驗教學中，并從以下教學階段進行實施（圖1）。

3.1 實驗項目的設計

采用PBL教學模式，根據當前存在的環境熱點或敏感問題，結合已學的環境生物學理論知識，通過課堂講授、師生互動、分組討論等方式，準確掌握學生的興趣，師生共同確定擬解決的某個環境問題；學生對此環境問題進行資料研究，利用移動APP等“互聯網+”方式或傳統的圖書館查閱相關資料，研究如何將其與實驗教學有機結合，將環境問題轉化為具有可操作性的實驗教學內容，并通過微信、QQ等互聯網通訊手段與教師反饋交流，實現E-Learing；移動APP與環境生物學實驗教學相結合，可以讓學生適時關注APP學習教師推送的實驗方案、參考資料、論文等實驗課程相關信息，利用“互聯網+”將最新的教學資源及時傳達給學生，方便學生的學習[7]。另外，實驗教學中心的網址為http：//nyzyhj.hzau.edu.cn/，學生可登陸該網站查閱相關資料，并在師生互動版塊與教師展開咨詢與交流。對于因實驗室硬件條件等因素所限而不能順利開展或開展效果較差的實驗項目，開展虛擬實驗教學項目作為補充，從而進一步擴大知識范圍。

3.2 實驗方案的探索

在此階段，學生分組根據確定的方案進行實驗。2017年，依據PBL，結合“互聯網+”、E-Learing的混合教學模式，經過師生共同探討，最終實施的實驗項目包括苯酚降解菌的培養與降解率的測定、空氣中微生物檢測、植物抗逆性測定實驗及葉綠素a的測定等。其中，植物抗逆性實驗涉及到重金屬鎘等元素的濃度測定，需要使用原子吸收光譜儀，該儀器屬于大型貴重儀器，學院大型儀器平臺（湖北省先進機組）只有1臺。傳統的實驗教學，由于受儀器臺套數的限制，不可能讓每位學生完成整個操作過程練習，不利于學生對課程的掌握和儀器的熟練操作。為此，開設了原子吸收光譜虛擬仿真實驗，學生可以根據實驗大綱要求提前預習，并進行大型儀器操作模擬實驗，虛實結合，使學生更好地掌握原子吸收光譜儀的原理、基本結構與操作要點，學習分析測試條件的選擇技術，提高學生科學使用儀器分析樣品的能力。通過虛擬仿真實驗教學系統較好地解決了大型儀器數量少的問題。

3.3 實驗課程的考核

環境生物學實驗課程考核學生對理論知識、基本操作技能與實際運用能力的掌握，重點考核學生對項目實施方案的制定和發現問題、分析問題并解決問題的能力。學生根據實驗結果，獨立撰寫實驗報告，并通過再次查閱資料對實驗數據進行分析，提出個人看法；教師根據學生的實驗報告及前期的實驗方案設計、實驗操作步驟等環節表現進行打分，綜合評定學生的考核成績[8]。例如，原子吸收光譜虛擬仿真實驗的成績由實驗技能成績、實驗報告成績和過程考核成績組成，其中平時成績占50%，考試成績占50%（實驗操作30%，實驗報告與結果20%）。

3.4 問卷反饋

環境生物學實驗課程結束后進行問卷調查，綜合問卷調查結果，分析與總結本年度實驗教學的優點與不足，將學生實驗過程中遇到的問題反饋到課程教學模式中，修改并完善實驗內容和模式，調整與優化實驗教學方案，并應用到下一屆的實驗教學環節中。

4 結論

以“互聯網+”為主線，結合虛擬仿真實驗教學與PBL、E-Learing教學模式，并應用于環境生物學實驗教學中，能夠充分發揮教師的主導作用和學生學習的主動性、積極性與創造性，縮小學生與教師之間的距離，有效解決了教學中存在的問題及傳統的分散式實驗教學模式不可避免的缺陷與不足，突破了實驗室硬件限制，拓寬了教學范圍，激發了學生的學習興趣，從而促進創新人才的培養，不斷優化環境生物實驗課程內容，改革教學方法，對于提高環境類人才培養質量具有積極作用。

參考文獻

[1] 趙曉祥，楊再福，宋新山.“環境生物學”創新性課程體系建設探索[J].大學教育，2013（）：41-4 82.

[2] 肖紅霞，陳美蓮，陳惠卿. 改革“傳統”實驗模式 開放與共享實驗室資源的研究[J].實驗室研究與探索，201 31（8）：401-404.

[3] 李曉.“互聯網+”背景下農林學科細胞生物學教學改革的探索[J].安徽農學通報，2016，22（18）：146，149.

[4] 袁小平.電工電子虛擬仿真實驗教學中心建設的研究與探索[J].實驗室研究與探索，2017，36（12）：164-167.

[5] 劉春城. PBL教學模式在工程訓練教學中的探索與實踐[J].實驗技術與管理，201 29（4）：158-161.

[6] 霍麗娟，錢天偉.PBL與E-Learing混合教學模式應用于環境生物學實驗教學[J].山西煤炭管理干部學院學報，2014，27（1）：115-117.

[7] 李玲. 教育APP在高校課程教學中的應用研究[D].錦州：渤海大學，2017：1-2.

[8] 王雯，李愛愛，馮雅健，等.環境生物學實驗課程教學改革探索[J].中國輕工教育，2016（5）：67-70.